(57)【要約】【課題】  多孔質支持体と固体電解質との熱膨張係数差が低減することができ、信頼性および経済性に優れた横縞形燃料電池セル、セルスタックおよび燃料電池を提供すること。【解決手段】  ガス流路１２を内部に備え、電気絶縁性の多孔質支持体１１の表面に、燃料極１３ａ、固体電解質１３ｂおよび空気極１３ｃが順次積層された多層構造を有する発電素子部１３を備える横縞形燃料電池セルにおいて、多孔質支持体１１は、多孔質支持体１１の総量に対して、ＮｄＡｌＯ3７５体積％以上を含有している横縞形燃料電池セルを作製する。【選択図】      図１
2006269276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路を内部に備え、電気絶縁性の多孔質支持体の表面に、内側電極、固体電解質および外側電極が順次積層された多層構造を有する発電素子部を備える横縞形燃料電池セルにおいて、
前記多孔質支持体は、前記多孔質支持体の総量に対して、ＮｄＡｌＯ3７５体積％以上を含有していることを特徴とする、横縞形燃料電池セル。
【請求項２】
前記多孔質支持体が、前記多孔質支持体の総量に対して、ＮｉまたはＮｉ酸化物を、２５体積％以下含有している請求項１に記載の横縞形燃料電池セル。
【請求項３】
前記多孔質支持体が、希土類元素が固溶している安定化ＺｒＯ2、および、希土類元素酸化物のうち、少なくとも１種を含有している請求項１または請求項２に記載の横縞形燃料電池セル。
【請求項４】
前記多孔質支持体が、中空の板状形状を有している請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の横縞形燃料電池セル。
【請求項５】
前記ガス流路が、複数設けられている請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の横縞形燃料電池セル。
【請求項６】
前記発電素子部が隣接して複数形成され、
隣接する前記発電素子部が、インターコネクタにより、電気的に直列に接続されている請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の横縞形燃料電池セル。
【請求項７】
複数の、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の横縞形燃料電池セルが、集電部材を介して互いに電気的に接続されてなるセルスタック。
【請求項８】
請求項７に記載のセルスタックが、収納容器内に複数収納されてなる燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横縞形燃料電池セル、セルスタック、および、燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルを複数接続されてなるセルスタックを、収納容器に収容した燃料電池が種々提案されている。このような燃料電池セルとしては、固体高分子型燃料電池セル、リン酸型燃料電池セル、溶融炭酸塩型燃料電池セル、固体電解質型燃料電池セルなど、各種のものが知られている。とりわけ、固体電解質型燃料電池セルは、発電効率が高く、また、作動温度が７００℃〜１０００℃と高いため、その排熱を利用ができるなどの利点を有しており、研究開発が推し進められている。
【０００３】
図９は、従来より公知の固体電解質型燃料電池セルの一部を示す拡大縦断面である。この固体電解質型燃料電池セルは、横縞形といって、多孔質絶縁体である円筒状の支持体１の表面に、燃料極３ａ、固体電解質３ｂおよび空気極３ｃが順次積層された多層構造の発電素子部３を、図９に示す軸長方向に所定間隔をおいて複数形成することにより構成されている。互いに隣接する発電素子部３は、それぞれインターコネクタ４により電気的に直列に接続されている。すなわち、一方の発電素子部３の燃料極３ａと他方の発電素子部３の空気極３ｃとが、インターコネクタ４により接続されている。
【０００４】
また、支持体１の内部にはガス流路７が形成されている。
前記横縞形燃料電池セルにおいて、固体電解質３ｂの酸素イオン伝導性が６００℃以上で高くなるため、このような温度で空気極３ｃに酸素を含むガスを流し、燃料極３ａに水素を含むガスを流すことにより、空気極３ｃと燃料極３ａとの酸素濃度差が高くなり、空気極３ｃと燃料極３ａとの間で電位差が発生する。
【０００５】
この電位差により、酸素イオンは、空気極３ｃから固体電解質３ｂを通じて燃料極３ａへ移動する。移動した酸素イオンが、燃料極３ａで水素と結合して水となり、同時に燃料極３ａで電子が発生する。
すなわち、空気極３ｃでは、下記式（１）の電極反応を生じ、燃料極３ａでは、下記式（２）の電極反応を生じる。
【０００６】
空気極３ｃ：  １／２Ｏ2＋２ｅ-    →Ｏ2-                  ・・（１）
燃料極３ａ：  Ｏ2-＋Ｈ2  →  Ｈ2Ｏ＋２ｅ-                ・・（２）
そして、燃料極３ａと空気極３ｃとを電気的に接続することにより、燃料極３ａから空気極３ｃへの電子の移動が起こり、両極間で起電力が生じる。
このように、固体電解質型燃料電池セルでは、酸素と水素を供給することにより、前記の反応を連続して起こし、起電力を生じさせて発電する。
【０００７】
前記した横縞形燃料電池セルにおいて、支持体１に絶縁体を用いて、各発電素子部３間の電気的ショートを防いでいる。
例えば、ＣａＯが固溶している安定化ＺｒＯ2からなる支持体１と、希土類酸化物が固溶しているＺｒＯ2からなる固体電解質３ｂとを、発電素子部３に積層した横縞形燃料電池セルが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−００３９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の横縞形燃料電池セルにおいて、ＣａＯが固溶している安定ＺｒＯ2は、１０００℃までの平均線熱膨張率が９．５×１０-6／℃であり、希土類酸化物が固溶しているＺｒＯ2、例えば、Ｙ2Ｏ3が８モル固溶しているＺｒＯ2の１０００℃までの平均線熱膨張率は、１０．８×１０-6／℃であるため、両者の熱膨張係数差は１．０×１０-6／℃以上と高い。そのため、横縞形燃料電池セルの作製時、発電のための加熱時、発電の終了に伴う冷却時に、支持体１と固体電解質３ｂとの熱応力により、固体電解質３ｂが割れたり、剥離したりするなど信頼性が低いという問題がある。
【０００９】
また、支持体１は、横縞形燃料電池セルを構成する種々の部材の中で最も大きな体積を有している。このため、比較的高価なＺｒＯ2を主成分として構成された支持体を用いて構成された従来公知の燃料電池セルは、必然的に高価となり、経済的に問題である。
本発明の目的は、支持体と固体電解質との熱膨張係数差が低減することができ、信頼性および経済性に優れた横縞形燃料電池セル、セルスタックおよび燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の横縞形燃料電池セルは、ガス流路を内部に備え、電気絶縁性の多孔質支持体の表面に、内側電極、固体電解質および外側電極が順次積層された多層構造を有する発電素子部を備えている。
また、本発明の多孔質支持体は、ＮｄＡｌＯ3を含有している。
ＮｄＡｌＯ3は、いわゆるＡＢＯ3型のペロブスカイト型酸化物の焼結体である。
【００１１】
これらＮｄＡｌＯ3の配合割合は、多孔質支持体の総量に対して、例えば、７５体積％以上、好ましくは、８０体積％以上、さらに好ましくは、９０体積％以上、最も好ましくは、９５体積％以上である。
本発明の横縞形燃料電池セルは、多孔質支持体が、多孔質支持体の総量に対して、ＮｄＡｌＯ3７５体積％以上を含有しているので、固体電解質との熱膨張係数差を１．０×１０-6／℃未満にすることができる。
【００１２】
そのため、燃料電池の作製時、発電のための加熱時、発電の終了に伴う冷却時に、支持体１と固体電解質３ｂとの熱応力を小さくすることができる。その結果、固体電解質３ｂが割れたり、剥離したりすることを抑制し、横縞形燃料電池セルの優れた信頼性を確保することができる。また、ＮｄＡｌＯ3は、ＺｒＯ2などに比べ、比較的安価であるため、このようなＮｄＡｌＯ3を前記した配合割合で含有することにより、横縞形燃料電池セルの製造コストを低減でき、経済的に優れた横縞形燃料電池セルの製造を実現することができる。
【００１３】
また、本発明の多孔質支持体は、Ｎｉおよび／またはＮｉ酸化物を含有していてもよい。Ｎｉ酸化物としては、その酸化数は特に制限されず、例えば、ＮｉＯ、Ｎｉ2Ｏ3、ＮｉＯ2などが挙げられ、好ましくは、ＮｉＯが挙げられる。
ＮｉやＮｉ酸化物の配合割合は、多孔質支持体の総量に対して、２５体積％以下であることが好ましい。
【００１４】
本発明の多孔質支持体は、前記した配合割合でＮｉおよび／またはＮｉ酸化物を含有
前していれば、多孔質支持体の熱膨張係数を微調整して、多孔質支持体と固体電解質との熱膨張係数差を確実に低減することができる。そのため、発電素子部との接合強度を向上することができる。
また、本発明の多孔質支持体は、希土類元素が固溶している安定化ＺｒＯ2および希土類元素酸化物のうち、少なくとも１種を含有していることが好ましい。
【００１５】
希土類元素としては、例えば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどが挙げられ、好ましくは、経済的な観点から、Ｙ、Ｙｂが挙げられる。
希土類元素が固溶している安定化ＺｒＯ2は、ＺｒＯ2（ジルコニア）に前記した希土類元素が均一に溶け込んだものであり、例えば、Ｙ安定化ジルコニアなどが挙げられる。
【００１６】
希土類元素酸化物としては、前記した希土類元素の酸化物であって、その酸化数は特に制限されず、具体的には、Ｙ2Ｏ3が挙げられる。
本発明の多孔質支持体は、前記した希土類元素が固溶している安定化ＺｒＯ2および希土類元素酸化物のうち、少なくとも１種を含有していれば、多孔質支持体の熱膨張係数を微調整して、多孔質支持体と固体電解質との熱膨張係数差を確実に低減することができる。そのため、発電素子部との接合強度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の横縞形燃料電池セルの一実施形態について、図１から図４を参照して、説明する。
図１は、横縞形燃料電池セルの一実施形態であって、その一部を拡大して示す縦断面図であり、図２は、その横断面図である。
図１および図２において、横縞形燃料電池セルは、多孔質支持体１１表面に、水平方向に延びる、発電素子部１３を備えている。横縞形燃料電池セルにおいて、発電素子部１３は、軸長方向に隣接して複数形成されている。
【００１８】
図１および図２に示すように、発電素子部１３は、内側電極としての燃料極１３ａ、固体電解質１３ｂ、および、外側電極としての空気極１３ｃが、多孔質支持体１１表面に順次積層する積層構造を有している。
多孔質支持体１１は中空板状を有し、その中空板状の内部には、複数（６個）のガス流路１２が、隔壁１１ａ（図２参照）で隔てられて軸長方向に延びるようにして設けられている。
【００１９】
多孔質支持体１１は中空板状形状を有していれば、横縞形燃料電池セルの体積当たりの発電素子部１３の面積を増加し、横縞形燃料電池セル体積当たりの発電量を大きくすることができる。そのため、必要とする発電量を得るための横縞形燃料電池セルの個数を低減することができ、横縞形燃料電池セル間の接続箇所を低減することができる。その結果、構造が簡易になり、組み立てが簡単になるとともに、横縞形燃料電池セルの信頼性を向上することができる。
【００２０】
また、このように多孔質支持体１１は、複数のガス流路１２が、設けられていれば、多孔質支持体１１の構造強度を向上させることができ、横縞形燃料電池セルの機械強度を高めることができる。そのため、横縞形燃料電池セルのハンドリングが容易になり、セルスタックや燃料電池の組み立てが容易になるとともに、横縞形燃料電池セルの優れた信頼性を確保することができる。
【００２１】
また、多孔質支持体１１は、発電素子部１３との電気的ショートを防止する観点から、通常、電気抵抗値１０Ω・ｃｍ以上の範囲に設定される。
このようなガス流路１２内に水素などを含む燃料ガスを流して多孔質支持体１１を還元雰囲気に曝し、かつ、空気極１３ｃの表面に空気などの酸素含有ガスを流して空気極１３ｃを酸化雰囲気に曝すことにより、燃料極１３ａおよび空気極１３ｃで、前記で説明した式（１）および式（２）で示す電極反応が生じ、両極間に電位差が発生し、発電することができる。
【００２２】
また、発電素子部１３は、インターコネクタ１４により、電気的に接続されている。すなわち、一方の発電素子部１３の燃料極１３ａと他方の発電素子部１３の空気極１３ｃとがインターコネクタ１４により、軸長方向において、直列に接続された構造となっている。
このように発電素子部１３は、インターコネクタ１４により、直列に接続されていれば、横縞形燃料電池セル当りの発電電圧を高くすることができる。そのため、高い電圧を少ないセル数で得ることができる。
【００２３】
また、図２において、多孔質支持体１１の平坦部ｎの寸法（長径寸法；両端の弧状部ｍ間の距離に相当）は、例えば、１５ｍｍ〜５０ｍｍ、その短径寸法（２つの平坦部ｎ間の距離に相当）は、例えば、２ｍｍ〜４ｍｍの範囲である。
また、多孔質支持体１１は、その開気孔率が、例えば、２５％以上、好ましくは、３０％〜４５％の範囲に設定される。これにより、ガス流路１２内の燃料ガスを、燃料極１３ａの表面まで導入することができる。
【００２４】
燃料極１３ａは、多孔質の導電性セラミックスから形成されている。
多孔質の導電性セラミックスは、例えば、希土類元素が固溶しているＺｒＯ2（安定化ジルコニア）と、Ｎｉおよび／またはＮｉ酸化物（ＮｉＯなど）とからなっている。また、後述する固体電解質１３ｂの材料と同様のものを用いることもできる。
燃料極１３ａにおいて、安定化ジルコニアの配合割合は、燃料極１３ａの総量に対して、３５体積％〜６５体積％の範囲が好ましく、Ｎｉおよび／またはＮｉ酸化物の配合割合は、燃料極１３ａの総量に対して、３５体積％〜６５体積％の範囲が好ましい。また、燃料極１３ａは、その開気孔率が、例えば、１５％以上、好ましくは、２０％〜４０％の範囲であり、厚さが、良好な集電性能を発揮させるため、例えば、１μｍ〜１００μｍの範囲である。
【００２５】
固体電解質１３ｂは、希土類またはその酸化物を固溶させたＺｒＯ2からなる安定化ＺｒＯ2からなる緻密質なセラミックスで構成されている。
ここで、固溶させる希土類元素またはその酸化物としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなど、または、これらの酸化物などが挙げられ、好ましくは、Ｙ、Ｙｂ、または、これらの酸化物が挙げられる。また、固体電解質１３ｂは、８モル％のＹが固溶している安定化ＺｒＯ2（８ｍｏｌ％  Ｙｔｔｒｉａ  Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｚｉｒｃｏｎｉａ、以下、「８ＹＳＺ」とする。）と熱膨張係数がほぼ等しいランタンガレート系（ＬａＧａＯ3系）固体電解質を挙げることもできる。
【００２６】
また、固体電解質１３ｂは、例えば、厚さが１０μｍ〜１００μｍであり、例えば、相対密度（アルキメデス法による）が９３％以上、好ましくは、９５％以上の範囲に設定される。
このような固体電解質１３ｂは、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有すると同時に、燃料ガスまたは酸素含有ガスのリーク（ガス透過）を防止するためにガス遮断性を有している。
【００２７】
空気極１３ｃは、導電性セラミックスから形成されている。
導電性セラミックスとしては、例えば、ＡＢＯ3型のペロブスカイト型酸化物が挙げられ、このようなペロブスカイト型酸化物としては、例えば、遷移金属型ペロブスカイト酸化物、好ましくは、ＬａＭｎＯ3系酸化物、ＬａＦｅＯ3系酸化物、ＬａＣｏＯ3系酸化物など、特にＡサイトにＬａを有する遷移金属型ペロブスカイト酸化物を挙げることができる。さらに好ましくは、６００℃〜１０００℃程度の比較的低温での電気伝導性が高いという観点から、ＬａＣｏＯ3系酸化物が挙げられる。
【００２８】
また、前記したペロブスカイト型酸化物において、ＡサイトにＬａおよびＳｒが共存してもよく、また、ＢサイトにＦｅ、ＣｏおよびＭｎが共存してもよい。
このような空気極１３ｃは、前記した式（１）の電極反応を生ずることができる。
また、空気極１３ｃは、その開気孔率が、例えば、２０％以上、好ましくは、３０％〜５０％の範囲に設定される。開気孔率が前記した範囲内にあれば、空気極１３ｃが良好なガス透過性を有することができる。
【００２９】
また、空気極１３ｃは、その厚さが、例えば、３０μｍ〜１００μｍの範囲に設定される。前記した範囲内にあれば、空気極１３ｃが良好な集電性を有することができる。
インターコネクタ１４は、一方の発電素子部１３の燃料極１３ａと他方の発電素子部１３の空気極１３ｃとを電気的に接続するものであり、導電性セラミックスから形成される。
【００３０】
このような導電性セラミックスとしては、例えば、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ3系酸化物）が挙げられる。ＬａＣｒＯ3系酸化物は、耐還元性、耐酸化性が良好であるため、水素などの燃料ガスおよび空気などの酸素含有ガスと接触した場合、インターコネクタ１４の腐食または劣化を有効に防止することができる。
また、導電性セラミックスは、その相対密度（アルキメデス法）が、例えば、９３％以上、好ましくは、９５％以上の範囲に設定される。相対密度を前記した範囲に設定すると、導電性セラミックスが緻密質となるため、多孔質支持体１１内のガス流路１２を通る燃料ガスと空気極１３ｃの外部を通る酸素含有ガスとのリークを有効に防止することができる。
【００３１】
また、このインターコネクタ１４と固体電解質１３ｂとの接続部に、適宜、Ｙ2Ｏ3などの接合層を介在させることにより、シール性を向上させることもできる。
なお、前記した実施形態において、多孔質支持体１１の表面に形成される発電素子部１３で、内側電極が燃料極１３ａであって、外側電極が空気極１３ｃである多層構造を有しているが、両電極の位置関係を逆としてもよい。すなわち、多孔質支持体１１の表面に、空気極１３ｃ、固体電解質１３ｂ、燃料極１３ａを順次積層された発電素子部１３を形成することもできる。この場合、多孔質支持体１１のガス流路１２内には、空気などの酸素含有ガスが流され、外側電極としての燃料極１３ａの表面には、水素などの燃料ガスが流される。
【００３２】
次に、前記した横縞形燃料電池セルを用いて組み立てられるセルスタックについて、図３を参照して説明する。
図３は、前記した横縞形燃料電池セルを複数（２個）組み合わせたセルスタックの端部の接続構造を拡大して示す縦断面図である。
図３に示すように、横縞形燃料電池セルは、集電部材１９を介して互いに電気的に接続されている。
【００３３】
すなわち、セルスタックの端部において、セル接続材１５は、一方の横縞形燃料電池セルの端部に設けられ、一方の横縞形燃料電池セルの燃料極１３ａおよび固体電解質１３ｂと導通している。また、セル接続材１５は、他方の横縞形燃料電池セルの端部において、集電部材１９を介して、他方の横縞形燃料電池セルの空気極１３ｃと導通している。
このように、セルスタックは、前記した横縞形燃料電池セルが、集電部材１９を介して互いに電気的に接続されていれば、横縞形燃料電池セルを密に配置することができるため、発電量当たりのセルスタックの体積を小さくすることができる。そのため、小型で、熱効率の高いセルスタックを提供することができる。
【００３４】
セル接続材１５は、前記した電極を電気的に接続するものであれば特に制限されず、例えば、インターコネクタ１４と同様の材料から形成される。
集電部材１９は、他方の横縞形燃料電池セルの空気極１３ｃと導通し、前記したインターコネクタ１４と空気極１３ｃとを電気的に接続するものであれば特に制限されず、例えば、耐熱性金属、導電性セラミックスなどから形成される。
【００３５】
また、集電部材１９と、セル接続材１５および空気極１３ｃとの接続部に、ＡｇやＰｔなどの貴金属を含有するペーストなどの導電性接着剤を塗布することにより、集電部材１９の接続信頼性を向上させることもできる。なお、燃料極１３ａが、外部電極として形成されている場合には、集電部材１９としては、好ましくは、Ｎｉフェルトなどから形成することができる。また、導電性接着剤としては、経済的な観点から、好ましくは、Ｎｉ金属を含有するペーストが挙げられる。
【００３６】
また、図３に示すように、複数の横縞形燃料電池セルを接続する場合には、一方の横縞形燃料電池セルの発電素子部１３と、他方の横縞形燃料電池セルの発電素子部１３とが、軸長方向において、ずれて形成されて接続されていてもよい。
図４は、前記した横縞形燃料電池セルを複数（３個）組み合わせたセルスタックを示す縦断面図である。
【００３７】
一方の横縞形燃料電池セルの端部のセル接続材１５と、他方の横縞形燃料電池セルの端部の空気極１３ｃとの間に、集電部材１９を介在させ、一方の横縞形燃料電池セルの多孔質支持体１１表面に形成された燃料極１３ａを、セル接続材１５、集電部材１９を介して、他方の横縞形燃料電池セルの空気極１３ｃに、電気的に接続されている。
図４において、集電部材１９としては、例えば、金属フェルトおよび／または耐熱金属板、無機材料などが挙げられ、耐熱性、耐酸化性、電気伝導性という点から、好ましくは、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ合金およびＦｅ−Ｃｒ鋼合金の少なくとも一種からなる。
【００３８】
なお、図４では、発電素子１３およびインターコネクタ１４、セル接続材１５を簡略化して示す。
また、図４において、２１は、セルスタックで発生した電力を、セルスタック外に取り出すための導電部材である。また、このようなセルスタックを複数接続する場合には、導電部材２１は複数のセルスタックを電気的に接続することもできる。
【００３９】
本発明の燃料電池の一実施形態は、図４に示すセルスタックが、収納容器内に収容されてなっている。
このように燃料電池は、セルスタックが、収納容器内に収容されてなっていれば、横縞形燃料電池セルを密に配置することができるため、発電量当たりの燃料電池の体積を小さくすることができる。そのため、小型で、熱効率の高い燃料電池を提供することができる。
【００４０】
この収納容器には、外部から水素などの燃料ガス、および、空気などの酸素含有ガスを、横縞形燃料電池セルに導入する導入管が設けられており、横縞形燃料電池セルが所定温度に加熱されることにより発電し、使用された燃料ガス、酸素含有ガスは、収納容器外に排出される。このような燃料電池では、容易に電圧を高めることができるとともに、発電素子部１３間のショートや、熱による多孔質支持体１１の構造の変化を抑制することもができる。
【００４１】
次に、前記した横縞形燃料電池セルの製造方法について、図５から図８を参照して、説明する。
まず、支持体成形体５１を作製する。支持体成形体５１の材料として、体積基準での平均粒径（Ｄ50）（以下、単に「平均粒径」とする。）が０．１μｍ〜１０．０μｍのＮｄＡｌＯ3粉末に、必要により熱膨張係数調整用または接合強度向上用として、Ｎｉ粉末、ＮｉＯ粉末、Ｙ2Ｏ3粉末、または、希土類元素安定化ジルコニア粉末（ＹＳＺなど）などを所定の比率で配合して混合し、混合後の熱膨張係数が固体電解質１３ｂのそれとほぼ一致するように調整する。この混合粉末に、ポアー剤と、セルロース系有機バインダーと、水とからなる溶媒とを混合し、押し出し成形して、図５に示すように、内部にガス流路５２を有する中空の板状形状で、扁平状の支持体成形体５１を作製し、これを乾燥後、９００℃〜１１００℃にて仮焼処理する。
【００４２】
次いで、燃料極材料および固体電解質を作製する。例えば、ＮｉＯ粉末、Ｎｉ粉末と、Ｙ2Ｏ3などの希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ2粉末とを混合し、これにポアー剤を添加し、アクリル系バインダーとトルエンとを混合してスラリーとし、図６（ａ）に示すように、ドクターブレード法にてスラリーを塗布して乾燥し、厚さ５０μｍ〜６０μｍの燃料極テープ５３ａを作製する。
【００４３】
別途、８ＹＳＺに、アクリル系バインダーとトルエンを混合してスラリーとし、図６（ａ）に示すように、ドクターブレード法にてスラリーを塗布して乾燥し、厚さ１０μｍ〜５０μｍの固体電解質テープ５３ｂを作製する。
次に、図６（ｂ）に示すように、これらの燃料極テープ５３ａと、固体電解質テープ５３ｂとを、両者が重なり合わない部分が、それぞれの端部に、幅１ｍｍ〜５ｍｍとなるように重ね合わせ、図６（ｃ）に示すように、張り合わせる。その後、図７（ａ）に示すように、燃料極テープ５３ａ側を、別途、仮焼した支持体成形体５１に、横縞状に貼り付ける。これを繰り返し行い、支持体成形体５１表面に複数の燃料極テープ５３ａおよび固体電解質テープ５３ｂの積層体を貼り付ける。また、一方の燃料極テープ５３ａおよび固体電解質テープ５３ｂの積層体と、他方の燃料極テープ５３ａおよび固体電解質テープ５３ｂの積層体とは、幅３ｍｍ〜２０ｍｍの間隔をあけて、配置する。次に、この積層体を貼り付けて、支持体成形体５１を乾燥し、その後、９００℃〜１１００℃の温度範囲で仮焼する。
【００４４】
次に、インターコネクタ成形体５４、セル接続材成形体５９を形成する。インターコネクタ１４とセル接続材１５とは同じ材料を用いることができるので、ここでは同じ工程で両者を形成する。
まず、ランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ3）とＰＶＡ系バインダーとで、ディップ用スラリーを作製する。
【００４５】
次に、図７（ａ）に示すように、固体電解質テープ５３ｂの両端部を除いた部分（幅２ｍｍ〜５ｍｍ）を、マスキングテープ６１でマスキングし、次いで、図７（ｂ）に示すように、ディップ用スラリーでディップし、インターコネクタ成形体５４とセル接続材成形体５９を形成する。その後、乾燥し、次いで、図７（ｃ）に示すように、マスキングテープ６１を除去した後、１４５０℃〜１５５０℃で焼成し、インターコネクタ１４とセル接続材１５とが固体電解質１３ｂの端部に２ｍｍ〜５ｍｍ程度の幅で重なるようにする。
【００４６】
次に、図８（ａ）に示すように、セル接続材１５の全面と、インターコネクタ１４の、インターコネクタ１４が燃料極テープ１３ａに接続されている側の反対側の一部を除く全面とを、マスキングテープ６３でマスキングする。
次いで、図８（ｂ）に示すように、ランタンコバルタイト（ＬａＣｏＯ3）とイソプロピルアルコールとを混合したスラリーを、マスキングした積層体に吹き付け、厚さ１０μｍ〜１００μｍの空気極成形体５３ｃを形成する。その後、図８（ｃ）に示すように、マスキングテープ６３を除去し、その後、１０００℃〜１２００℃で熱処理を行うことにより、横縞形燃料電池セルを得ることができる。
【００４７】
なお、以上の説明では、各層の積層を、テープ積層、ディップ、および、スプレー吹きつけを併用して行ったが、本発明は、いずれの積層法を用いてもよい。好ましくは、積層時の乾燥工程が短時間であり、工程の短時間化の観点から、ディップにより各層を積層する。
また、横縞形燃料電池セルは、酸素含有雰囲気での焼成により、例えば、多孔質支持体１１がＮｉを含有する場合には、多孔質支持体１１や燃料極１３ａのＮｉ成分がＮｉＯとなっているため、その後、還元処理により還元され、または、発電中に還元雰囲気に曝されて還元される。
【実施例】
【００４８】
──実施例１──
（支持体成形体の作製）
平均粒径０．１μｍ〜１０μｍのＮｄＡｌＯ3粉末と、平均粒径０．１μｍ〜５μｍのＮｉ粉末と、平均粒径０．８μｍのＹ2Ｏ3粉末と、平均粒径０．５μｍの８ＹＳＺ粉末とを、表１の組成（試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．６）となるように配合して混合した。これらの混合物に、平均粒径３０μｍのポアー剤と、ＰＶＡからなる有機バインダーと、水とからなる溶媒とを配合して混合して、支持体材料を得た。得られた支持体材料を、押出成形して、図５に示すように、ガス流路を内部に有する円柱形状で、横断面が扁平状の支持体成形体を作製し、これを乾燥した後、１０５０℃で仮焼した。
【００４９】
別途、平均粒径０．５μｍの８ＹＳＺ粉末に、アクリル系バインダーとトルエンとを混合したスラリーを、ドクターブレード法にて塗布して乾燥し、厚さ４０μｍの固体電解質テープを作製した。
（燃料極テープおよび固体電解質テープの作製）
次いで、平均粒径０．５μｍのＮｉ粉末４８と、平均粒径０．５μｍの８ＹＳＺ粉末とを、Ｎｉ粉末と８ＹＳＺ粉末との体積比が４８：５２となるように配合して混合した。この混合物に、ポアー剤と、アクリル系バインダーと、トルエンとを混合したスラリーを、図６（ａ）に示すように、ドクターブレード法にて塗布して乾燥し、厚さ約５０μｍの燃料極テープを作製した。
【００５０】
次に、図６（ｂ）に示すように、これらの燃料極テープと、固体電解質テープとを、両者が重なり合わない部分が、それぞれの端部に、幅１ｍｍ〜５ｍｍとなるように重ね合わせ、図６（ｃ）に示すように、張り合わせた。
これらの燃料極テープと、固体電解質テープとを、両者が重なり合わない部分が、それぞれの端部に、幅３ｍｍとなるように重ね合わせ、２０００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で張り合わせた後、燃料極テープおよび固体電解質テープを支持体成形体の表面に、水平方向に延びるように、横縞状に貼り付けた。また、燃料極テープおよび固体電解質テープの積層テープと、これと隣接する他の燃料極テープおよび固体電解質テープの積層テープとは、１０ｍｍの間隔をあけて配置した。その後、この積層体を貼り付け、支持体成形体を乾燥し、その後、１０５０℃で仮焼した。
【００５１】
（インターコネクタ成形体およびセル接続材成形体の作製）
まず、ランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ3）とＰＶＡ系バインダーで、ディップ用スラリーを作製し、次いで、図７（ａ）に示すように、先に作製した燃料極テープと、固定電解質テープの両端部を除いた部分をマスキングテープで覆い、その後ディップ用スラリーでディップし、インターコネクタ成形体とセル接続材成形体とを形成した。このとき、インターコネクタ成形体とセル接続材成形体とは、固体電解質テープの端部から３ｍｍ程度重なるようにした。その後、乾燥し、マスキングテープを除去した後、１４５０℃で焼成した。
【００５２】
次いで、セル接続材の全面と、インターコネクタの、インターコネクタが燃料極テープと接続されている側の反対側の一部を除く全面とを、マスキングテープでマスキングする。
（空気極成形体の作製）
次いで、図８（ａ）に示すように、セル接続材成形体の焼結体の全面と、インターコネクタのインターコネクタが燃料極テープと接続されている側の反対側の一部を除く全面とを、マスキングテープでマスキングした。次いで、平均粒径０．７μｍのランタンコバルタイト（ＬａＣｏＯ3）とイソプロピルアルコールとを混合したスラリーを、マスキングした積層体に吹き付け、厚さ２０μｍの空気極成形体を形成した。
【００５３】
（横縞形燃料電池セルの作製）
次いで、空気極性形態５３ｃ形成した積層体のマスキングテープを除去し、その後、１１００℃で処理を行い、図１に示すように、横縞形燃料電池セルを作製した。
──比較例１──
実施例１の支持体成形体の作製において、ＮｄＡｌＯ3粉末とＮｉ粉末とＹ2Ｏ3粉末と８ＹＳＺ粉末との組成を、表１の試料Ｎｏ．７の組成とした以外は、実施例１と同様に処理し、横縞形燃料電池セル（試料Ｎｏ．７）を作製した。
【００５４】
──比較例２──
実施例１の支持体成形体の作製において、ＮｄＡｌＯ3粉末とＮｉ粉末とＹ2Ｏ3粉末と８ＹＳＺ粉末とを、従来のＣａＯが固溶している安定化ＺｒＯ2に変更した以外は、実施例１と同様に処理し、横縞形燃料電池セル（試料Ｎｏ．８）を作製した。
なお、実施例１、比較例１および比較例２により得られた横縞形燃料電池セルにおいて、各多孔質支持体は、その縦断面が楕円であり、長径寸法が２６ｍｍ、短径寸法が３．５ｍｍであった。また、各燃料極の厚さは４０μｍ、各固体電解質の厚さは３０μｍ、各空気極の厚さは４０μｍ、各インターコネクタおよび各セル接続材の厚さは１００μｍであった。また、各横縞形燃料電池セルの軸長方向の長さは１５０ｍｍであった。
【００５５】
──評価──
（耐熱性試験）
まず、実施例および各比較例で作製した横縞形燃料電池セルを、それぞれ１０本用意した。次いで、水素を各横縞形燃料電池セルの多孔質支持体のガス流路内に流し、空気を各空気極側に流して、８５０℃において、１００時間発電させた。その後、冷却し、次いで、顕微鏡により、各多孔質支持体のクラックの有無を観察した。結果を表１に示す。
【００５６】
（ガスリーク試験）
耐熱性試験後の横縞形燃料電池セルにおいて、各ガス流路の一方の端部を封止し、次いで、他方の端部からガス流路に、Ｈｅガスを１気圧で導入しながら、横縞形燃料電池セルを水中に浸して、泡の発生（ガスリーク）の有無を観察した。結果を表１に示す。
（熱膨張係数測定）
また、耐熱性試験を行う前に、作製した横縞形燃料電池セルの多孔質支持体から熱膨張係数測定用として試験片を切り出し、この試験片の２５℃〜１０００℃における熱膨張係数を測定した。結果を表１に示す。
【００５７】
なお、表１において、多孔質支持体に用いた、ＮｄＡｌＯ3粉末、Ｎｉ粉末、および、８ＹＳＺ粉末の含有量を併せて示す。
【００５８】
【表１】
2006269276.tif 000003
【００５９】
比較例１の、多孔質支持体がＮｄＡｌＯ3７０体積％を含有している試料Ｎｏ．７では、多孔質支持体の熱膨張係数が１２．２×１０-6／℃となり、固体電解質１３ｂとの熱膨張係数差が１×１０-6／℃を超えてしまい、クラック、ガスリークが確認され、横縞形燃料電池セルの信頼性が乏しいことが分かる。
また、比較例２の、多孔質支持体がＣａＯが固溶している安定化ＺｒＯ2からなる試料Ｎｏ．８では、多孔質支持体の熱膨張係数が９．５×１０-6／℃となり、固体電解質１３ｂとの熱膨張係数差が１×１０-6／℃を超えてしまい、クラック、ガスリークが確認され、横縞形燃料電池セルの信頼性が乏しいことが分かる。
【００６０】
一方、実施例１の試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６では、いずれも固体電解質１３ｂとの熱膨張係数差が、１×１０-6／℃未満となり、クラック、ガスリークともになく、横縞形燃料電池セルの信頼性が格段に向上している。
このように、本発明の横縞形燃料電池セルでは、多孔質支持体は、多孔質支持体の総量に対して、ＮｄＡｌＯ3７５体積％以上を含有していることにより、支持体の熱膨張係数と固体電解質の熱膨張係数との熱膨張係数差を１×１０-6／℃以下とすることができ、横縞形燃料電池セルのクラックや、ガスリークの発生を防止でき、信頼性に優れた横縞形燃料電池セルを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】横縞形燃料電池セルの一実施形態の一部を拡大して示す縦断面図である。
【図２】横縞形燃料電池セルの一実施形態の一部を拡大して示す横断面図である。
【図３】横縞形燃料電池セルの一実施形態の端部接続構造を拡大して示す縦断面図である。
【図４】横縞形燃料電池セルの一実施形態のセルスタックを示す縦断面図である。
【図５】横縞形燃料電池セルの一実施形態の支持体の製造工程を示す縦断面図である。
【図６】横縞形燃料電池セルの一実施形態の発電素子部の製造工程を示す縦断面図である。
【図７】横縞形燃料電池セルの一実施形態の発電素子部間を電気的に接続するインターコネクタの形成工程を示す縦断面図である。
【図８】横縞形燃料電池セルの一実施形態の空気極の作製工程を示す縦断面図である。
【図９】従来の横縞形燃料電池セルの一実施形態の一部を拡大して示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１１    多孔質支持体
１２    ガス流路
１３    発電素子部
１３ａ  燃料極
１３ｂ  固体電解質
１３ｃ  空気極
１４    インターコネクタ
１９    集電部材
【図１】
2006269276.tif 000004
【図２】
2006269276.tif 000005
【図３】
2006269276.tif 000006
【図４】
2006269276.tif 000007
【図５】
2006269276.tif 000008
【図６】
2006269276.tif 000009
【図７】
2006269276.tif 000010
【図８】
2006269276.tif 000011
【図９】
2006269276.tif 000012